矿大材料科学与工程回复与再结晶
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第八章回复与再结晶第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复:冷变形金属在低温加热时,其显微组织无可见变化,但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶:冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而使形变强化效应完全消除的过程。
二显微组织变化(示意图)回复阶段:显微组织仍为纤维状,无可见变化;再结晶阶段:变形晶粒通过形核长大,逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段:晶界移动、晶粒粗化,达到相对稳定的形状和尺寸。
三性能变化1 力学性能(示意图)回复阶段:强度、硬度略有下降,塑性略有提高。
再结晶阶段:强度、硬度明显下降,塑性明显提高。
晶粒长大阶段:强度、硬度继续下降,塑性继续提高,粗化严重时下降。
2 物理性能密度:在回复阶段变化不大,在再结晶阶段急剧升高;电阻:电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化(示意图)1 储存能:存在于冷变形金属内部的一小部分(~10%)变形功。
弹性应变能(3~12%)2 存在形式位错(80~90%)是回复与再结晶的驱动力点缺陷3五内应力变化回复阶段:大部分或全部消除第一类内应力,部分消除第二、三类内应力;再结晶阶段:内应力可完全消除。
第二节回复一回复动力学(示意图)1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x0/x)=c0t exp(-Q/RT)x–原始加工硬化残留率;x-退火时加工硬化残留率;c-比例常数;t-加热时间;T-加热温度。
2 动力学曲线特点(1)没有孕育期;(2)开始变化快,随后变慢;(3)长时间处理后,性能趋于一平衡值。
二回复机理移至晶界、位错处1 低温回复:点缺陷运动空位+间隙原子消失缺陷密度降低(0.1~0.2Tm)空位聚集(空位群、对)异号位错相遇而抵销2 中温回复:位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低(0.2~0.3Tm)亚晶粒长大3 高温回复:位错攀移(+滑移)位错垂直排列(亚晶界)多边化(亚(0.3~0.5Tm)晶粒)弹性畸变能降低。
第八章回复与再结晶一、名词变形织构:多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致,形成晶粒的择优取向,择优取向后的晶体结构称为变形织构,织构在变形中产生,称为变形织构;再结晶织构是具有变形织构的金属经过再结晶退火后出现的织构,位向于原变形织构可能相同或不同,但常与原织构有一定位向关系。
再结晶全图:表示冷变形程度、退火温度与再结晶后晶粒大小的关系(保温时间一定)的图。
冷加工与热加工:再结晶温度以上的加工称为热加工,低于再结晶温度又是室温下的加工称为冷加工。
带状组织:多相合金中的各个相在热加工中可能沿着变形方向形成的交替排列称为带状组织;加工流线:金属内部的少量夹杂物在热加工中顺着金属流动的方向伸长和分布,形成一道一道的细线;动态再结晶:低层错能金属由于开展位错宽,位错难于运动而通过动态回复软化,金属在热加工中由温度和外力联合作用发生的再结晶称为动态再结晶。
临界变形度:再结晶后的晶粒大小与冷变形时的变形程度有一定关系,在某个变形程度时再结晶后得到的晶粒特别粗大,对应的冷变形程度称为临界变形度。
二次再结晶:某些金属材料经过严重变形后在较高温度下退火时少数几个晶粒优先长大成为特别粗大的晶粒,周围较细的晶粒逐渐被吞掉的反常长大情况。
退火孪晶:某些面心立方金属和合金经过加工和再结晶退火后出现的孪晶组织。
二、问答1 再结晶与固态相变有何区别?答:再结晶是一种组织转变,从变形组织转变为无畸变新晶粒的过程,再结晶前后组织形态改变,晶体结构不变;固态相变时,组织形态和晶体结构都改变;晶体结构是否改变是二者的主要区别。
2 简述金属冷变形度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响。
答:变形度较小时以晶界弓出机制形核,变形度大的高层错能金属以亚晶合并机制形核,变形度大的低层错能金属以亚晶长大机制形核。
冷变形度很小时不发生再结晶,晶粒尺寸基本保持不变,在临界变形度附近方式再结晶晶粒特别粗大,超过临界变形度后随变形度增大,晶粒尺寸减少,在很大变形度下,加热温度偏高,少数晶粒发二次再结晶,使部分晶粒粗化。